Идея создания подобного заведения возникла у нее после посещения частной клиники известного ортопеда К. Хорна, которому было поручено представить свои соображения по созданию нового лечебного учреждения. Предполагалось, что он же и возглавит институт. 
 
Здание было заложено в 1902-м году. На первом этаже главного здания разместились приемное отделение, мастерские и кухня с подъемной машиной. Здесь же жили младшие служащие. Во втором этаже находились амбулатория, аптека, рентгеновский кабинет, библиотека, квартира директора и комнаты трех младших ассистентов. Между вторым и третьим этажами оборудовали гимнастический зал с механическими лечебными аппаратами. На третьем этаже находилась операционная . Поскольку институтдолжен был заниматься заниматься не только лечебной деятельностью, но и готовить врачей-ортопедов, в операционной был предусмотрен амфитеатр для зрителей. Также, на третьем этаже располагались палаты на 40 кроватей, большая столовая и комнаты, в которых жили медицинские сестры. Пролет широкой лестницы вел в домовую церковь. Храм мог использоваться в качестве аудитории. В связи с этим интерьер церкви был весьма скромен. При проведении лекций алтарь отделяли от остального помещения специальным занавесом.

Майоликовая икона на стене домовой церкви создана по эскизам К. П. Петрова-Водкина. Это был его первый крупный заказ, полученный благодаря Мельцеру, который активно покровительствовал ему на начальном этапе художественной карьеры (именно Мельцер распознал в Петрове-Водкине талант, помог ему перебраться в Петербург и подготовиться к поступлению в училище технического рисования барона Штиглица, помогал с заказами).
Петров-Водкин приступил к работе в феврале 1903 года. 16 июня 1903 года он писал матери: «отвел мне Роман для этого целый дом. С каким нетерпением ждет он, как у меня выйдет – начало, видимо, его радует. Нельзя же иначе, ведь я в некотором роде его гордость, он столько носился со мной». Завершив работу над картоном

в июле 1904 года Петров-Водкин едет в Лондон, для перевода картона с Богородицей в майолику на керамической фабрике Дультона. Из-за ограниченных технологических возможностей, цветовую гамму пришлось сильно изменить:
  
Здание было принято комиссией в июне 1906-го года. К сожалению, К. Хорн не дождался завершения работ, скончавшись в 1905 году и первым руководителем института стал профессор Р. Вреден.
   
Предполагалось, что институт примет первых пациентов 14 августа 1906 года. Однако, 12 августа террористы взорвали дачу Петра Столыпина. И раненные при взрыве стали первыми пациентами института.
  
В первые же годы деятельности Ортопедического института количество коек в нем увеличилось от 40 до 70, причем 25 были бесплатными. Ортопедический институт являлся учебной базой для слушателей Еленинского Клинического института усовершенствования врачей и студенток Женского медицинского института.
   
В 1924 году Институт ортопедии объединили с Физио-хирургическим институтом, созданным в 1918 году профессором А.Л.Поленовым.
   
С 1952 года институт стал называться Научно-исследовательским институтом травматологии и ортопедии, а позднее ему присвоили имя Вредена.